JP2022085304A - セパレータの製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】製造効率を低下させることなくセパレータに皺及び反りが生じることを抑制できるようにする。【解決手段】セパレータは、次の各工程を経て製造される。載置工程では、枠状のフレーム１１に対し金属板材４の外縁を載せるとともに位置決めをする。成形工程では、フレーム１１を成形装置１の下型２と上型３との間に搬送し、型締めにより金属板材４の成形領域Ａをセパレータの形状に沿った形に変形させる。このときには、フレーム１１に向けて付勢された枠状の押圧部材１０と同フレーム１１との間に金属板材４の外縁を挟み込むとともに、金属板材４の成形領域Ａから外れた同成形領域Ａを囲む位置で、同金属板材４を厚さ方向に突出するように曲げ変形させることも行われる。打ち抜き工程では、成形工程後のフレーム１１を打ち抜き装置の下型と上型との間に搬送し、同装置の型締めによって金属板材４からのセパレータの打ち抜きを行う。【選択図】図１

Description

本開示は、セパレータの製造方法及び製造装置に関する。

燃料電池のセルスタックに設けられるセパレータは、チタンやステンレススチールといった金属からなる薄い板状とされる。セパレータは、セルスタックを通過する燃料ガス、酸化ガス、及び冷媒といった流体を流すための流路を形成するための流路溝を有している。この流路溝は、セパレータを形成するための金属板材をプレス加工により厚さ方向に突出するよう曲げ変形させることによって形成される。そして、流路溝の内側が上記流体を流すための流路となる。このように形成予定のセパレータの形状に沿った形に金属板材を変形させた後、同金属板材からのセパレータの打ち抜きを行うことにより、上記流路溝を有するセパレータが形成される。

セパレータを製造する際には、燃料電池の性能を確保するため、反りや皺がセパレータに生じないようにすることが望まれている。セパレータの反りや皺は、金属板材をセパレータの形状に沿った形に曲げ変形させる際、及び、金属板材からのセパレータの打ち抜きの際に生じる。すなわち、金属板材を曲げ変形させる際には、その曲げ変形のために金属板材が中央寄りに引っ張られるため、金属板材に皺が生じるおそれがある。また、金属板材を曲げ変形させることによって同金属板材には残留応力が生じる。このため、金属板材からセパレータを打ち抜いたとき、上記残留応力によってセパレータに反りが生じるおそれがある。

こうしたことに対応するため、金属板材をセパレータの形状に沿った形に曲げ変形させる際、特許文献１に示されるように複数組のダイとパンチとによって段階的に上記曲げ変形を行うことが考えられる。詳しくは、上記曲げ変形のうちの一つの段階を行った後、その曲げ変形をさせる際の金属板材の拘束を解除し、上記曲げ変形のうちの次の段階を行うことにより、上記段階的な曲げ変形が行われるようになる。このように曲げ変形を徐々に行うことにより、セパレータを形成するための金属板材に皺が生じることを抑制できる。また、金属板材からセパレータを打ち抜くときには、金属板材の残留応力が除去された状態になる。このため、金属板材からセパレータを打ち抜いたとき、上記残留応力によってセパレータに反りが生じることを抑制できる。

特開２０１４－２１３３４３号公報

しかし、特許文献１に示される技術を適用した場合、金属板材をセパレータの形状に沿った形に曲げ変形させる際、その曲げ変形を段階的に行わなければならない分、セパレータの製造効率が低下する。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決するセパレータの製造方法は、次のような載置工程、成形工程、及び打ち抜き工程を有している。載置工程では、燃料電池のセルスタックに設けられるセパレータを形成するための水平方向に延びる金属板材の外縁を枠状のフレームの上に載せ、同フレームに対し前記金属板材を位置決めする。成形工程では、上記フレームを成形装置の型開きした下型と上型との間に搬送し、その後に成形装置の型締めを行い、それら上型と下型との対向する面である成形面により、金属板材から成形する予定のセパレータの形状に沿った形に同金属板材を変形させる。打ち抜き工程では、成形装置の型開きを行うとともに、成形工程後の上記フレームを打ち抜き装置の型開きした下型と上型との間に搬送し、その後に打ち抜き装置の型締めを行い、下型に設けられたダイと上型に設けられたパンチとにより、金属板材からのセパレータの打ち抜きを行う。上記成形工程は、成形装置の型締めの際、フレームに向けて付勢された枠状の押圧部材と同フレームとの間に金属板材の外縁を挟み込むとともに、金属板材におけるセパレータの成形領域から外れた同成形領域を囲む位置で、同金属板材を厚さ方向に突出するように曲げ変形させることも行うものとされる。

上記方法によれば、成形工程における成形装置での型締めにより、金属板材から成形する予定のセパレータの形状に沿った形に同金属板材が変形されるとともに、金属板材におけるセパレータの成形領域から外れた同成形領域を囲む位置で金属板材が厚さ方向に突出するように曲げ変形される。

金属板材におけるセパレータの成形領域では、セパレータの形状に沿った形に同金属板材が変形することに伴い、上記成形領域の中央に向けて引っ張る力Ｆ１が生じる。一方、金属板材におけるセパレータの成形領域から外れた同成形領域を囲む位置では、金属板材を厚さ方向に突出する方向に曲げ変形させることに伴い、上記成形領域から離れる方向に向けて引っ張る力Ｆ２が生じる。金属板材におけるセパレータの成形領域を同セパレータの形状に沿った形に変形させる際、金属板材に対し逆方向に作用する力Ｆ１と力Ｆ２とにより、その金属板材に皺が生じることを抑制できる。

また、成形装置での型締めの際には、フレームに向けて付勢された枠状の押圧部材と同フレームとの間に金属板材の外縁が挟み込まれ、その金属板材の外縁が過度に拘束されることはない。その結果、金属板材から成形する予定のセパレータの形状に沿った形に同金属板材を変形させるとともに、金属板材におけるセパレータの成形領域から外れた同成形領域を囲む位置で金属板材を厚さ方向に突出するように曲げ変形させるとき、それらの変形に伴って金属板材に残留応力が生じることを抑制できる。このため、金属板材からセパレータを打ち抜いたとき、上記残留応力によってセパレータに反りが生じることを抑制できる。

従って、金属板材をセパレータの形状に沿った形に曲げ変形させる際、その曲げ変形を段階的に行わなくてもセパレータに皺及び反りが生じることを抑制できる。このため、金属板材の曲げ変形を段階的に行うことに伴うセパレータの製造効率の低下を生じさせることなく、セパレータに皺及び反りが生じることを抑制できる。

上記課題を解決するセパレータの製造装置は、次のようなフレーム、成形装置、及び打ち抜き装置を備える。フレームは、燃料電池のセルスタックに設けられるセパレータを形成するための水平方向に延びる金属板材の外縁が載せられる枠状であり、同金属板材が水平方向について位置決めされる。成形装置は、上記フレームが型開きした下型と上型との間における下型の上に配置され、その状態で上型を前記下型に向けて下方に移動させて型締めすることにより、上記フレームで外縁が支持された金属板材におけるセパレータの成形領域を、同セパレータの形状に沿った形に変形させる。打ち抜き装置は、成形装置から搬送されたフレームが、型開きした下型と上型との間における下型の上に配置され、その状態で上型を下型に向けて下方に移動させて型締めすることにより、金属板材からのセパレータの打ち抜きを行う。上記成形装置は、フレームに向けて付勢される枠状の押圧部材と、フレームに載せられた金属板材におけるセパレータの成形領域から外れた部分に対し向かい合う成形部と、を備えている。押圧部材は、成形装置の型締めの際、フレームとの間に金属板材の外縁を挟み込むものである。成形部は、成形装置の型締めの際、金属板材におけるセパレータの成形領域から外れた同成形領域を囲む位置で、金属板材を厚さ方向に突出するように曲げ変形させるものとされる。

上記構成によれば、金属板材を載せたフレームが、型開きした成形装置における下型と上型との間における下型の上に載せられる。そして、成形装置の型締めにより、金属板材におけるセパレータの成形領域が同セパレータの形状に沿った形に変形されるとともに、金属板材におけるセパレータの成形領域から外れた同成形領域を囲む位置で、金属板材が厚さ方向に突出するように曲げ変形される。

金属板材におけるセパレータの成形領域では、セパレータの形状に沿った形に同金属板材が変形することに伴い、上記成形領域の中央に向けて引っ張る力Ｆ１が生じる。一方、金属板材におけるセパレータの成形領域から外れた同成形領域を囲む位置では、金属板材を厚さ方向に突出するようにげ変形させることに伴い、上記成形領域から離れる方向に向けて引っ張る力Ｆ２が生じる。金属板材におけるセパレータの成形領域を同セパレータの形状に沿った形に変形させる際、金属板材に対し逆方向に作用する力Ｆ１と力Ｆ２とにより、その金属板材に皺が生じることを抑制できる。

また、成形装置での型締めの際には、フレームに向けて付勢された枠状の押圧部材と同フレームとの間に金属板材の外縁が挟み込まれ、その金属板材の外縁が過度に拘束されることはない。その結果、金属板材から成形する予定のセパレータの形状に沿った形に同金属板材の成形領域を変形させるとともに、その成形領域から外れた同成形領域を囲む位置で金属板材が厚さ方向に突出するように曲げ変形させるとき、それらの変形に伴って金属板材に残留応力が生じることを抑制できる。このため、金属板材からセパレータを打ち抜いたとき、上記残留応力によってセパレータに反りが生じることを抑制できる。

従って、金属板材をセパレータの形状に沿った形に曲げ変形させる際、その曲げ変形を段階的に行わなくてもセパレータに皺及び反りが生じることを抑制できる。このため、金属板材の曲げ変形を段階的に行うことに伴うセパレータの製造効率の低下を生じさせることなく、セパレータに皺及び反りが生じることを抑制できる。

成形装置全体を示す略図。 同成形装置の動作を示す略図。 成形工程後のフレーム及び金属板材を示す平面図。 打ち抜き装置全体を示す略図。 同打ち抜き装置の動作を示す略図。 同打ち抜き装置の動作を示す略図。 成形装置の型締め時における金属板材及びその周辺の構造を示す断面図。 成形装置の型締め時における金属板材及びその周辺の構造の他の例を示す断面図。 成形装置の型締め時における金属板材及びその周辺の構造の他の例を示す断面図。

以下、燃料電池のセルスタックに設けられるセパレータの製造方法及び製造装置の一実施形態について、図１～図７を参照して説明する。
セパレータの製造装置は、図１及び図２に示す成形装置１、及び、図３に示すフレーム１１を備えている。成形装置１は、セパレータの製造方法における成形工程を行うためのものである。この成形工程では、チタンやステンレススチールといった金属からなる板材を、セパレータに沿った形に変形させる。また、フレーム１１は、上記板材を成形装置１に搬送したり同装置１から他の装置に搬送したりするためのものである。

図１に示すように、成形装置１は、固定型である下型２と可動型である上型３とを備えている。上型３は、下型２の上方に位置しており、上下方向に移動することによって下型２に対し接近もしくは離間する。成形装置１の下型２は、成形装置１の設置面に固定されている下台５と、その下台５の上面に固定されている第１ダイ６と、第１ダイ６の周りを囲むように下台５の上面に固定されている第２ダイ１７と、を備えている。下型２は、第２ダイ１７の回りを囲むように下台５に対し上下動可能となっているリフター７も備えている。下台５には、リフター７の上端を第１ダイ６及び第２ダイ１７の上端よりも上側に位置させるよう、同リフター７を支持するスプリング７ａが設けられている。

型開きした下型２と上型３との間には、フレーム１１が搬送される。フレーム１１は、四角形の枠状をなしており、下型２のリフター７の上に載せられる。フレーム１１には、セパレータを形成するための金属板材４の外縁が載せられる。フレーム１１は、金属板材４の外縁を支持するトレイ部１２と、そのトレイ部１２から上方に突出して金属板材４の外縁を貫通するピン１３と、を備えている。このピン１３は、トレイ部１２の上に載せられた金属板材４をフレーム１１に対し位置決めするためのものである。また、フレーム１１には、同フレーム１１を下型２及び上型３に対し位置決めする際に用いられる孔１４が形成されている。

成形装置１の上型３は、昇降装置により上下動する上台８と、その上台８の下面に固定されて下型２の第１ダイ６と対向している第１パンチ９と、第１パンチ９の回りを囲むように上台８の下面に固定されている第２パンチ１８と、を備えている。第１パンチ９及び第２パンチ１８はそれぞれ、下型２の第１ダイ６及び第２ダイ１７と対向している。上型３は、第２パンチ１８の周りを囲む位置に設けられて下台５に対し上下動可能となっている押圧部材１０も備えている。上台８には、押圧部材１０の下端を第１パンチ９及び第２パンチ１８の下端よりも下側に位置させるよう、同押圧部材１０を支持するスプリング１０ａが設けられている。このスプリング１０ａにより、リフター７に載せられたフレーム１１に向けて、押圧部材１０を付勢することが可能となっている。

押圧部材１０は、下型２のリフター７に対応して位置しており、枠状に形成されている。この押圧部材１０の下面には、上記リフター７上に配置されたフレーム１１におけるピン１３の先端を収容するための凹部１０ｂが形成されているとともに、同フレーム１１の孔１４に挿入可能なピン１０ｃが形成されている。上型３の第１パンチ９と下型２の第１ダイ６との対向する部分にはそれぞれ、金属板材４におけるセパレータの成形領域Ａを、同セパレータの形状に沿った形に変形させる成形面９ａ，６ａが形成されている。更に、上型３の第２パンチ１８と下型２の第２ダイ１７との対向する部分にはそれぞれ、金属板材４における上記成形領域Ａから外れた同成形領域Ａを囲む位置で、金属板材４が厚さ方向に突出するように同金属板材４を曲げ変形させる成形部１８ａ，１７ａが形成されている。成形部１８ａ，１７ａは、フレーム１１に載せられた金属板材４における成形領域Ａから外れた部分に対し向かい合っている。なお、成形領域Ａをセパレータの形状に沿った形状にするために、第２パンチ１８及び第２ダイ１７も用いるようにしてもよい。この場合、第２パンチ１８及び第２ダイ１７に成形領域Ａをセパレータに沿った形状に変形するための成形面を形成し、フレーム１１に載せられた金属板材４の成形領域Ａに対し上記形成面が向い合うようにする。

成形装置１においては、金属板材４の外縁をトレイ部１２で支持したフレーム１１が型開きした下型２と上型３との間に搬送され、同フレーム１１が下型２のリフター７上に配置された状態で上型３を下方に移動させることにより、成形装置１における下型２と上型３とが型締めされる。このときには、上型３と一体移動する押圧部材１０が、金属板材４の外縁を下型２のリフター７上に配置されたフレーム１１のトレイ部１２との間に挟み込む。

更に、このときにはフレーム１１の孔１４に対し押圧部材１０の下面から下方に突出するピン１０ｃが挿入されることにより、フレーム１１（金属板材４）がリフター７（下型２）及び押圧部材１０（上型３）に対し位置決めされる。また、このときにはフレーム１１におけるピン１３の先端が、押圧部材１０の下面に形成されている凹部１０ｂに収容される。

上述したように金属板材４の外縁が押圧部材１０とフレーム１１のトレイ部１２との間に挟み込まれて保持された状態のもと、更に上型３を下方に移動させると、スプリング７ａ，１０ａが縮みながら、図２に示すように金属板材４における成形領域Ａが、第１ダイ６と第１パンチ９との間に挟み込まれる。これにより、金属板材４における成形領域Ａがセパレータの形状に沿った形に変形される。更に、このときには、金属板材４における成形領域Ａから外れた同成形領域Ａを囲む位置では、第２ダイ１７と第２パンチ１８とによる挟み込みが行われる。これにより、金属板材４における成形領域Ａから外れた同成形領域Ａを囲む位置で、金属板材４が厚さ方向に突出するように曲げ変形される。

その後、型締めされた状態から上型３を上方に移動させると、成形装置１における下型２と上型３とが型開きされる。このように型開きされるときには、上型３の第１パンチ９及び第２パンチ１８が下型２の第１ダイ６及び第２ダイ１７から離れるとともに、上型３の押圧部材１０が下型２のリフター７上に配置されたフレーム１１におけるトレイ部１２との間で挟み込んでいた金属板材４の外縁から離れる。その結果、金属板材４を載せたフレーム１１を、下型２のリフター７上から取り外して搬送することが可能になる。

図３は、図１の成形装置１による成形工程が行われた後、同装置１から取り外されたフレーム１１を示している。フレーム１１の上記トレイ部１２は、四角形の枠状をなしている。トレイ部１２には、セパレータを形成するための水平方向に延びる金属板材４の外縁が載せられる。トレイ部１２の四隅の外角には、それぞれ上記孔１４が形成されている。トレイ部１２の四隅の内角には、それぞれ上記ピン１３が形成されている。金属板材４の外縁の四隅にはそれぞれ孔１５が形成されている。孔１５にはフレーム１１のピン１３が挿通される。これにより、フレーム１１に対し金属板材４が位置決めされる。

金属板材４の成形領域Ａには、成形装置１によって流路溝１６が形成されている。この流路溝１６は、燃料電池のセルスタックに燃料ガス、酸化ガス、及び冷却液といった流体を流す流路を形成するためのものである。流路溝１６は、成形装置１の型締めの際、金属板材４の成形領域Ａをセパレータの形状に沿った形に変形させることによって形成されている。こうした金属板材４における成形領域Ａの変形に伴い、成形領域Ａには同成形領域Ａの中央に向けて引っ張る力が作用する。

金属板材４における成形領域Ａから外れた同成形領域Ａを囲む位置には、ビード１９が形成されている。このビード１９は、成形装置１の型締めの際、金属板材４における上記位置で同金属板材４が厚さ方向に突出するように曲げ変形されることによって形成されている。こうした金属板材４におけるビード１９の形成、すなわち金属板材４の上記曲げ変形に伴い、金属板材４における成形領域Ａから外れた同成形領域Ａを囲む位置では、成形領域Ａから離れる方向に向けて引っ張る力Ｆ２が作用する。

セパレータの製造装置は、図４～図６に示す打ち抜き装置２１を備えている。打ち抜き装置２１は、セパレータの製造方法における打ち抜き工程を行うためのものである。この打ち抜き工程では、金属板材４からのセパレータの打ち抜きが行われる。なお、図４～図６は、打ち抜き装置２１及びその動作を示している。

図４に示すように、打ち抜き装置２１は、固定型である下型２２と可動型である上型２３とを備えている。上型２３は、下型２２の上方に位置しており、上下方向に移動することによって下型２に対し接近もしくは離間する。打ち抜き装置２１の下型２２は、同装置２１の設置面に固定されている下台２５と、その下台２５の上面に固定されているダイ２６と、そのダイ２６の周りを囲む位置に設けられて下台２５に対し上下動可能となっているリフター２７と、を備えている。また、下台２５には、リフター２７を支持するスプリング２７ａが設けられている。なお、ダイ２６には複数の打ち抜き穴３１が形成されている。

型開きした下型２２と上型２３との間には、金属板材４を載せたフレーム１１が成形装置１（図１、図２）から搬送されてくる。このフレーム１１は下型２２のリフター２７の上に載せられる。

打ち抜き装置２１の上型２３は、昇降装置により上下動する上台２８と、その上台２８の下側に設けられてスプリング２９を介して上記上台２８に繋がる押え部材３０と、その押え部材３０を囲むように枠状に形成されて上台２８の下面に固定されたパンチ３２と、上台２８の下面に固定されて押え部材３０を貫通する棒状のパンチ３３と、を備えている。上記押え部材３０は、下型２２のリフター２７上に配置されたフレーム１１上の金属板材４の成形領域Ａに対応して位置しており、その金属板材４の成形領域Ａから打ち抜かれるセパレータに対応して四角形状に形成されている。更に、上記押え部材３０の下面には、上記金属板材４の成形領域における流路溝１６に対応する部分を収納するための凹部３０ａが形成されている。

上記パンチ３２は、下型２２のリフター２７上に配置されたフレーム１１上の金属板材４の成形領域Ａからセパレータを打ち抜く際に用いられるものであり、上記リフター２７と対向している。このパンチ３２の下面には、リフター２７上に配置されたフレーム１１のピン１３の先端を収容するための凹部３２ａが形成されているとともに、同フレーム１１の孔１４に挿入可能なピン３２ｂが形成されている。

一方、上記パンチ３３は、下型２２におけるダイ２６の打ち抜き穴３１と対向している。このパンチ３３は、上記金属板材４の成形領域から打ち抜かれるセパレータに、図３に二点鎖線で示すように流路穴３４を形成するためのものである。なお、このように形成される流路穴３４は、燃料電池のセルスタックに燃料ガス、酸化ガス、及び冷却液といった流体を流す流路として用いられる。

打ち抜き装置２１においては、金属板材４の外縁をトレイ部１２で支持したフレーム１１が型開きした下型２２と上型２３との間に搬送され、同フレーム１１が下型２２のリフター２７上に配置された状態で上型２３を下方に移動させることにより、打ち抜き装置２１における下型２２と上型２３とが型締めされる。このときには、上型２３と一体移動するパンチ３２が、図５に示すように金属板材４の外縁を下型２２のリフター２７上に配置されたフレーム１１のトレイ部１２との間に挟み込む。

更に、このときにはフレーム１１の孔１４に対しパンチ３２の下面から下方に突出するピン３２ｂが挿入されることにより、フレーム１１（金属板材４）がリフター２７（下型２２）及びパンチ３２（上型２３）に対し位置決めされる。このときにはフレーム１１におけるピン１３の先端が、パンチ３２の下面に形成されている凹部３２ａに収容される。また、このときには押え部材３０の下面及びパンチ３３の下面が金属板材４の成形領域に当たるとともに、押え部材３０の下面に形成された凹部３０ａに金属板材４の成形領域における流路溝１６に対応する部分が収納される。

上述したように金属板材４の外縁がパンチ３２とフレーム１１のトレイ部１２との間に挟み込まれて保持された状態のもと、更に上型２３を下方に移動させると、図６に示すようにパンチ３２がスプリング２７ａを縮ませながら金属板材４の上記外縁を押し下げる。これにより、下型２２のダイ２６と上記パンチ３２との間で上記金属板材４の成形領域Ａからセパレータが打ち抜かれる。このときには上記パンチ３３が上記金属板材４の成形領域Ａのうち打ち抜き穴３１に対応する部分を打ち抜き、それによってセパレータに流路穴３４（図３）が形成される。また、金属板材４におけるビード１９を含む外縁、すなわち成形領域Ａ以外の部分は、パンチ３２とフレーム１１のトレイ部１２との間に挟まれたままになる。

その後、型締めされた状態から上型２３を上方に移動させると、打ち抜き装置２１における下型２２と上型２３とが型開きされる。このように型開きされるときには、上型２３のパンチ３２が下型２２のリフター２７上に配置されたフレーム１１におけるトレイ部１２との間で挟み込んでいた金属板材４の外縁から離れるとともに、上型２３の押え部材３０が同上型２３に張り付いたセパレータをスプリング２９の力によって下方に排出する。その後、下型２２と上型２３との間から上記セパレータが搬送されるとともに、下型２２のリフター２７上に載せられているフレーム１１に残った金属板材４の外縁が取り外されるとともに、リフター２７からフレーム１１が取り外される。

次に、本実施形態のセパレータの製造方法について、その製造法で行われる載置工程、成形工程、及び打ち抜き工程といった各工程毎に説明する。
［載置工程］
この工程では、図１に示すように金属板材４の外縁がフレーム１１におけるトレイ部１２の上に載せられる。そして、フレーム１１のピン１３が金属板材４の孔１５に挿通されることにより、フレーム１１に対し金属板材４が位置決めされる。

［成形工程］
この工程では、金属板材４が載せられたフレーム１１を、図１に示すように成形装置１の型開きした下型２と上型３との間に搬送する。その後、図２に示すように成形装置１の型締めを行い、上型３の第１パンチ９と下型２の第１ダイ６との対向する面である成形面９ａ，６ａにより、金属板材４の成形領域Ａをセパレータの形状に沿った形に変形させる。

成形装置１の型締めの際には、図７に示すように、フレーム１１に向けて付勢された押圧部材１０と同フレーム１１のトレイ部１２との間に、金属板材４の外縁が挟み込まれる。更に、このときには、金属板材４におけるセパレータの成形領域Ａから外れた同成形領域Ａを囲む位置で、第２パンチ１８と第２ダイ１７とにより、金属板材４が厚さ方向に突出するように同金属板材４が曲げ変形される。この例では、金属板材４を下型２に向けて、すなわち図７の下方に向けて突出するよう同金属板材４が曲げ変形される。これにより、上記位置にビード１９が形成される。

金属板材４におけるセパレータの成形領域Ａでは、セパレータの形状に沿った形に同金属板材４が変形することに伴い、上記成形領域Ａの中央に向けて引っ張る力Ｆ１が生じる。一方、金属板材４におけるセパレータの成形領域Ａから外れた同成形領域Ａを囲む位置では、金属板材４を厚さ方向に突出するように曲げ変形させることに伴い、上記成形領域Ａから離れる方向に向けて引っ張る力Ｆ２が生じる。金属板材４におけるセパレータの成形領域Ａを同セパレータの形状に沿った形に変形させる際、金属板材４に対し逆方向に作用する力Ｆ１と力Ｆ２とにより、その金属板材４に皺が生じることを抑制できる。

また、成形装置１での型締めの際には、フレーム１１に向けて付勢された枠状の押圧部材１０と同フレーム１１との間に金属板材４の外縁が挟み込まれ、その金属板材４の外縁が過度に拘束されることはない。その結果、金属板材４から成形する予定のセパレータの形状に沿った形に同金属板材４を変形させるとともに、金属板材４におけるセパレータの成形領域Ａから外れた同成形領域Ａを囲む位置で金属板材４が厚さ方向に突出するように曲げ変形させるとき、それらの変形に伴って金属板材４に残留応力が生じることを抑制できる。

金属板材４における上記ビード１９の形成は、金属板材４の成形領域Ａをセパレータの形状に沿った形に変形させることと同時に行ってもよいし、その変形よりも先に行うようにしてもよい。ビード１９は、金属板材４の成形領域Ａの周囲全体を囲むものとすることが好ましいが、成形領域Ａの周囲全体のうちの一部を囲わないものであってもよい。ビード１９の突出高さは、セパレータにおける厚さ方向についての最大突出高さと同じか、その最大突出高さよりも高いことが好ましい。成形装置１が型締めされるとき、押圧部材１０と同フレーム１１のトレイ部１２との間に金属板材４の外縁を挟み込む際の面圧は、金属板材４の成形領域Ａをセパレータの形状に沿って変形させるための成形面９ａ，６ａによる面圧よりも低いことが好ましい。また、型締め時における金属板材４に対する成形部１８ａ，１７ａによる面圧は、金属板材４（整形領域Ａ）に対する成形面９ａ，６ａによる面圧と同じか、その面圧よりも高いことが好ましい。

［打ち抜き工程］
この工程では、上記成形工程後に成形装置１の型開きを行うとともにフレーム１１を、図４に示すように打ち抜き装置２１の型開きした下型２２と上型２３との間に搬送する。その後、図５及び図６に示すように打ち抜き装置２１の型締めを行い、下型２２に設けられたダイ２６と上型に設けられたパンチ３２，３３とにより、金属板材４の成形領域Ａからのセパレータの打ち抜きを行う。

上述した成形工程で、金属板材４から成形する予定のセパレータの形状に沿った形に同金属板材４を変形させるとともに、金属板材４におけるセパレータの成形領域Ａから外れた同成形領域Ａを囲む位置で金属板材４が厚さ方向に突出するように曲げ変形させるとき、それらの変形に伴って金属板材４に残留応力が生じることは抑制されている。このため、金属板材４からセパレータを打ち抜いたとき、上記残留応力によってセパレータに反りが生じることを抑制できる。

以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す作用効果が得られるようになる。
金属板材４をセパレータの形状に沿った形に曲げ変形させる際、その曲げ変形を段階的に行わなくてもセパレータに皺及び反りが生じることを抑制できる。このため、金属板材４の曲げ変形を段階的に行うことに伴うセパレータの製造効率の低下を生じさせることなく、セパレータに皺及び反りが生じることを抑制できる。

なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・成形装置１の型締めの際、図７に示すビード１９を金属板材４に形成する代わりに、図８に示すフランジ３５を金属板材４に形成するようにしてもよい。この場合も、金属板材４におけるセパレータの成形領域Ａから外れた同成形領域Ａを囲む位置で、第２パンチ１８と第２ダイ１７とにより、金属板材４が厚さ方向に突出するように同金属板材４が曲げ変形される。これにより、上記位置にフランジ３５が形成される。また、成形領域Ａと同領域Ａの外との境界は、金属板材４のフランジ３５に対応して位置する。

・成形装置１の型締めの際、図９に示すフランジ３６を金属板材４に形成するようにしてもよい。この場合、型締めされるときの下型２のリフター７の下方への移動が、次のように規制される。すなわち、リフター７の上面が第２ダイ１７の上面よりも高い位置で、リフター７の下方への移動が規制される。これにより、金属板材４におけるセパレータの成形領域Ａから外れた同成形領域Ａを囲む位置で、第２パンチ１８、第２ダイ１７、押圧部材１０、及びリフター７により、金属板材４が厚さ方向に突出するように同金属板材４が曲げ変形され、上記位置にフランジ３６が形成される。また、成形領域Ａと同領域Ａの外との境界は、金属板材４のフランジ３６に対応して位置する。

・ビード１９、フランジ３５，フランジ３６は、金属板材４が図７、図８、図９の上方に向けて突出するよう曲げ変形されることによって形成されるものであってもよい。

１…成形装置
２…下型
３…上型
４…金属板材
６…第１ダイ
６ａ…成形面
７…リフター
７ａ…スプリング
９…第１パンチ
９ａ…成形面
１０…押圧部材
１０ａ…スプリング
１１…フレーム
１２…トレイ部
１６…流路溝
１７…第２ダイ
１７ａ…成形部
１８…第２パンチ
１８ａ…成形部
１９…ビード
２１…打ち抜き装置
２２…下型
２３…上型
２６…ダイ
２７…リフター
２７ａ…スプリング
２９…スプリング
３０…押え部材
３２，３３…パンチ
３５，３６…フランジ

Claims (2)

1. 燃料電池のセルスタックに設けられるセパレータを形成するための水平方向に延びる金属板材の外縁を枠状のフレームの上に載せ、同フレームに対し前記金属板材を位置決めする載置工程と、
   前記フレームを成形装置の型開きした下型と上型との間に搬送し、その後に前記成形装置の型締めを行い、それら上型と下型との対向する面である成形面により、前記金属板材から成形する予定のセパレータの形状に沿った形に前記金属板材を変形させる成形工程と、
   前記成形装置の型開きを行うとともに、成形工程後の前記フレームを打ち抜き装置の型開きした下型と上型との間に搬送し、その後に前記打ち抜き装置の型締めを行い、前記下型に設けられたダイと前記上型に設けられたパンチとにより、前記金属板材からの前記セパレータの打ち抜きを行う打ち抜き工程と、
   を行うセパレータの製造方法において、
   前記成形工程は、前記成形装置の型締めの際、前記フレームに向けて付勢された枠状の押圧部材と同フレームとの間に前記金属板材の外縁を挟み込むとともに、前記金属板材における前記セパレータの成形領域から外れた同成形領域を囲む位置で、前記金属板材を厚さ方向に突出するように曲げ変形させることも行うものであるセパレータの製造方法。
2. 燃料電池のセルスタックに設けられるセパレータを形成するための水平方向に延びる金属板材の外縁が載せられ、同金属板材が水平方向について位置決めされる枠状のフレームと、
   前記フレームが型開きした下型と上型との間における前記下型の上に配置され、その状態で前記上型を前記下型に向けて下方に移動させて型締めすることにより、前記フレームで外縁が支持された前記金属板材における前記セパレータの成形領域を、同セパレータの形状に沿った形に変形させる成形装置と、
   前記成形装置から搬送された前記フレームが、型開きした下型と上型との間における前記下型の上に配置され、その状態で前記上型を前記下型に向けて下方に移動させて型締めすることにより、前記金属板材からの前記セパレータの打ち抜きを行う打ち抜き装置と、
   を備えるセパレータの製造装置において、
   前記成形装置は、前記フレームに向けて付勢される枠状の押圧部材と、前記フレームに載せられた金属板材における前記セパレータの成形領域から外れた部分に対し向かい合う成形部と、を備えており、
   前記押圧部材は、前記成形装置の型締めの際、前記フレームとの間に前記金属板材の外縁を挟み込むものであり、
   前記成形部は、前記成形装置の型締めの際、前記金属板材における前記セパレータの成形領域から外れた同成形領域を囲む位置で、前記金属板材を厚さ方向に突出するように曲げ変形させるものであるセパレータの製造装置。

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